미래의 금속 프린팅

3D 프린터는 안경에서부터 임플란트 의학용 장치까지 모든 종류의 물체를 몰딩없이 컴퓨터 모델에서 직접 창조할 수 있다. 그렇지만 우주선 제작을 위해, 엔지니어들은 때때로 기존의 제작기술과 표준적인 3D 프린터가 창조할 수 없는 전용 부품을 필요로 한다. 이제, 캘리포니아 파사데나에 있는 미국 항공우주국 제트 추진 실험실(Jet Propulsion Laboratory) 연구진들이 하나의 물체 내에 하나의 금속이나 합금을 다른 금속이나 합금에 전이시키는 프린팅 프로세스를 적용 중이다.

"당신은 합금에서 다른 합금으로 전이가 가능하며, 다양한 범위의 합금 구성을 연구할 수 있다. 우리는 앞으로 재료에 대한 연구 변화가 가능할 것"이라고 미국 항공우주국 제트 추진 실험실(JPL)의 알. 피터 딜론(R. Peter Dillon) 박사는 말했다.

과거의 연구개발 과정에서 구배 합금(gradient alloys)이 창조되었지만, 이번의 연구결과는 거울용 마운트와 같은 물체를 만드는데 합성 재료가 사용된 것은 최초의 일이라고 미국 항공우주국 제트 추진 실험실(JPL)의 기계공학자인 존 폴 보르고냐(John Paul Borgonia)씨는 말했다.

이와 같은 기계장치 부품 제작이 필요하지 않는가? 다른 특성을 가진 최종 제품을 제작할 수 있는 금속을 원한다고 말해 보라. 한쪽에는 높은 녹음 온도를 가지고 있고 다른 한쪽은 낮은 밀도를 가지고 있거나, 한 쪽은 자석이고 다른 쪽은 그렇지 않은 금속이 필요하지는 않는가? 물론, 당신은 각각의 금속으로 물체의 절반을 분리하여 같이 용접할 수도 있다. 그렇지만, 용접 그 자체는 불안전하므로 새롭게 제작된 물체는 스트레스가 있으면 떨어지기 마련이다. 만약 당신이 예를 들어, 한 번 설치되면 고치기가 불가능한 행성 간을 오가는 우주선을 제작하고자 한다면 이것은 좋은 생각이 아니다.

미국 항공우주국 제트 추진 실험실(JPL) 과학자들은 2010년부터 이 문제를 해결하기 위한 기술을 개발 중이다. 미국 항공우주국의 화성 과학 실험실(Mars Science Laboratory) 임무 과정에서 다른 재료로 제작된 부품을 결합시키는 방법을 개선하기 위한 노력들이 진행되어, 여러 개의 합금 조성을 가진 3D 프린팅 구성품 제작 프로젝트의 야망을 다진 큐리아스티 우주선이 2012년에는 화성에 안전하게 착륙했다.

미국 항공우주국 제트 추진 실험실(JPL), 파사데나의 캘리포니아 기술연구소 그리고 펜실베이니아 주립대학교, 파크 대학교 연구진들이 이 문제 해결을 위해 협력했다. 이 연구결과는 우리 자신의 행성의 기계장치와 우주여행에 시사하는 점이 크다. "우리는 우주선 부품이 제작되고 있는 금속 분말을 변화시키기 위한 능력의 결합과 표준적인 3D 프린팅 프로세스를 말하고 있다. 당신은 물질의 조성을 계속 변화시킬 수 있다"고 미국 항공우주국 제트 추진 실험실(JPL)의 재료공학 및 금속학 연구원인 더글러스 호프만(Douglas Hofmann)씨는 말했다.

그들이 개발한 새로운 기술에서, 호프만(Hofmann)씨와 그의 동료들은 회전하는 로드에 금속 층을 침전시켜, 기존의 전통적인 3D 프린팅 기술인 아래에서 위쪽으로 층을 추가하는 것이 아니라 내부에서 외부로 금속의 전이를 유도한다. 레이저가 층 생성을 위해 금속 분말을 녹인다.

미래의 우주 미션은 이러한 기술로 제작된 부품을 통합하게 될지도 모른다. 자동차 산업과 상업용 우조선 시장도 이것이 유용할 것이라고 그는 말했다.

이 연구결과는 7월 19일 [Scientific Reports]에 발표되었다. 공동저자로는 더글러스 호프만(Douglas Hofmann)씨, 칼테크(Caltech)사와 미국 항공우주국 제트 추진 실험실(JPL)의 스코트 로버트(Scott Roberts)씨, 조안나 콜로제스카(Joanna Kolodziejska)씨 및 앤드류 에이. 샤피로(Andrew A. Shapiro)씨, 미국 항공우주국 제트 추진 실험실(JPL)의 알. 피터 딜론(R. Peter Dillon)씨, 서종욱(Jong-ook Suh)씨와 존-폴 보르고냐(John-Paul Borgonia)씨 그리고 펜실베이니아 주립대학교의 리처드 오티스(Richard Otis)씨와 지-쿠이 리우(Zi-Kui Liu)씨가 있다. 이 연구와 관련해서 미국 항공우주국이 자금을 지원하고 칼테크(Caltech)사가 미국 항공우주국 제트 추진 실험실(JPL)을 관리한다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr